管殼式換熱器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、河南理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院專業(yè)：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)班級(jí)：11-02班學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師:小組成員:目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)書2第二章管殼式換熱器簡介3第三章設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟5第四章工藝計(jì)算64.1 物性參數(shù)確實(shí)定64.2 核算換熱器傳熱面積74.2.1 傳熱量及平均溫差74.2.2 估算傳熱面積9第五章管殼式換熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算115.1 換熱管計(jì)算及排布方式115.2 殼體內(nèi)徑的估算135.3 進(jìn)出口連接管直徑的計(jì)算145.4 折流板14第六章?lián)Q熱系數(shù)的計(jì)算206.1 管程換熱系數(shù)206.2 殼程換熱系數(shù)20第七章需用傳熱面積23第八章流動(dòng)阻力計(jì)算258.1 管程阻

2、力計(jì)算258.2 殼程阻力計(jì)算26總結(jié)28第一章設(shè)計(jì)任務(wù)書煤油冷卻的管殼式換熱器設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)用冷卻水將煤油由140c冷卻冷卻到40c的管殼式換熱器,其處理水平為10t/h,且允許壓強(qiáng)降不大于100kPa.設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)備形式：管殼式換熱器2、操作條件(1)煤油：入口溫度140C,出口溫度40C(2)冷卻水介質(zhì)：入口溫度26C,出口溫度40C第二章管殼式換熱器簡介管殼式換熱器是在石油化工行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的換熱器.縱然各種板式換熱器的競爭力不斷上升,管殼式換熱器依然在換熱器市場中占主導(dǎo)地位.目前各國為提升這類換熱器性能進(jìn)行的研究主要是強(qiáng)化傳熱,提升對(duì)苛刻的工藝條件和各類腐蝕介質(zhì)適應(yīng)性材料的

3、開發(fā)以及向著高溫、高壓、大型化方向開展所作的結(jié)構(gòu)改良.強(qiáng)化傳熱的主要途徑有提升傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積和增大傳熱溫差等方式,其中提升傳熱系數(shù)是強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn),主要是通過強(qiáng)化管程傳熱和殼程傳熱兩個(gè)方面得以實(shí)現(xiàn).目前,管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱方法主要有：采用改變傳熱元件本身的外表形狀及外表處理方法,以獲得粗糙的外表和擴(kuò)展外表；用添加內(nèi)物的方法以增加流體本身的繞流；將傳熱管外表制成多孔狀,使氣泡核心的數(shù)量大幅度增加,從而提升總傳熱系數(shù)并增加其抗污垢水平；改變管束支撐形式以獲得良好的流動(dòng)分布,充分利用傳熱面積.管殼式熱交換器又稱列管式熱交換器是在一個(gè)圓筒形殼體內(nèi)設(shè)置許多平行管子稱這些平行的管子為管束,讓兩種

4、流體分別從管內(nèi)空間或稱管程和管外空間或稱殼程流過進(jìn)行熱量交換.在傳熱面比擬大的管殼式熱交換器中,管子根數(shù)很多,從而殼體直徑比擬大,以致它的殼程流通截面大.這是如果流體的容積流量比擬小,使得流速很低,因而換熱系數(shù)不高.為了提升流體的流速,可在管外空間裝設(shè)與管束平行的縱向隔板或與管束垂直的折流板,使管外流體在殼體內(nèi)曲折流動(dòng)屢次.因裝置縱向隔板而使流體往返流動(dòng)的次數(shù),稱為程數(shù),所以裝了縱向隔板,就使熱交換器的管外空間成為多程.而當(dāng)裝設(shè)折流板時(shí),那么不管流體往復(fù)交錯(cuò)流動(dòng)多少次,其管外空間仍以單程對(duì)待.管殼式熱交換器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)較低,選材范圍廣,處理水平大,還能適應(yīng)高溫高壓的要求.雖然它面

5、臨著各種新型熱交換器的挑戰(zhàn),但由于它的高度可靠性和廣泛的適應(yīng)性,至今仍然居于優(yōu)勢(shì)地位.由于管內(nèi)外流體的溫度不同,因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同.如果兩流體溫度相差較大,換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫.因此,當(dāng)管束與殼體溫度差超過50c時(shí),需采取適當(dāng)補(bǔ)償舉措,以消除或減少熱應(yīng)力.根據(jù)所采用的補(bǔ)償舉措,管殼式換熱器可以分為以下幾種:固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、雙重管式換熱器及填料函式換熱器.第三章設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟在設(shè)計(jì)換熱器時(shí),如果只作簡單估算,或盲目加大傳熱面積的平安系數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi).只有進(jìn)行比擬詳細(xì)的計(jì)算,才能使投入運(yùn)行的熱交換器,在平安

6、和經(jīng)濟(jì)方面得到可靠保證.換熱器一般的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟如下：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)搜集有關(guān)的原始資料,并選定熱交換器類型等.(2)確定定性溫度,并查取物性數(shù)據(jù).(3)由熱平衡計(jì)算熱負(fù)荷及熱流體或冷流體的流量.(4)選擇殼體和管子的材料.(5)選定流動(dòng)方式,確定流體的流動(dòng)空間.(6)求出平均溫差.(7)初選傳熱系數(shù)K0,并初計(jì)算傳熱面積F.(8)設(shè)計(jì)換熱器的結(jié)構(gòu)包括：選取管徑和管程流體流速；確定每程管數(shù)、管長、總管數(shù)；確定管子排列方式、管間距、殼體內(nèi)徑和連接管直徑等；確定殼側(cè)程數(shù)及折流板的數(shù)目、間距、尺寸等殼程結(jié)構(gòu)尺寸；初確定傳熱面積.(9)管程換熱器計(jì)算及阻力計(jì)算.當(dāng)換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于初選傳熱系數(shù)且壓

7、降小于允許壓降時(shí),才能進(jìn)行下一步計(jì)算.(10)殼程換熱計(jì)算.根據(jù)采用結(jié)構(gòu),假定壁溫和計(jì)算換熱系數(shù).(11)校核傳熱系數(shù)和傳熱面積.根據(jù)管、殼程換熱系數(shù)及污垢熱阻、壁面熱阻等,算出傳熱系數(shù)K及傳熱面積F.(12)核算壁溫.要求與假定的壁溫相符.(13)計(jì)算殼程阻力,使之小于允許壓降.第四章工藝計(jì)算在換熱器設(shè)計(jì)中,根據(jù)所選換熱器類型和所給條件,計(jì)算出煤油的流速和水的流速等,然后計(jì)算出傳熱面積.工藝設(shè)計(jì)中包括了物性數(shù)據(jù)確實(shí)定、傳熱量及平均溫差、初選傳熱系數(shù)、估算傳熱面積其具體運(yùn)算如下所述.4.1 物性參數(shù)確實(shí)定表3-1水和煤油的操作參數(shù)冷卻水煤油進(jìn)口溫度出口溫度進(jìn)口溫度出口溫度(C)(C)(C)(C

8、)264018040定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體,具定性溫度可以取流體進(jìn)出口溫度的平均值.t12t1tm12煤油的定性溫度為：18040(D110C2水的定性溫度:(2)t2t2tm122640例c由定性溫度條件下查物性表得出水與煤油的物性參數(shù),如比熱、密度、黏度導(dǎo)熱系數(shù).所查結(jié)果見表2-2:表3-2水與煤油的物性參數(shù)名稱定性溫度C比熱kJ/kg*k密度kg/m3黏度Mpa*s導(dǎo)熱系數(shù)Wm*水334.174994.70.00074220.6623煤油1102.432758.320.00051250.10264.2 核算換熱器傳熱面積選擇熱水走殼程,冷水走管程.這是由于：被冷卻的流體走

9、殼程可便于散熱,而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程,這樣可降低管壁的溫差,減少熱應(yīng)力.由煤油的每小時(shí)產(chǎn)量一天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行可以計(jì)算出煤油流量：MiM10000t36002.77778kg.s(3)式中M表示煤油的年產(chǎn)量；Mi表示煤油流量；t表示時(shí)間煤油的普朗特常數(shù):Ffi0.00051522.43512.16310.01026(4)式中Pr1表示煤油的普朗特常數(shù)；妝表示煤油的黏度；Cp1表示煤油的比熱；川表示煤油的導(dǎo)熱系數(shù).水的普朗特常數(shù):?22cp20.000742240176,4.677550.6623(5)式中Pr2表示煤油的普朗特常數(shù)；n凄示煤油白黏度；cp2表示煤油的比熱；入2表示煤油的導(dǎo)

10、熱系數(shù).4.2.1 傳熱量及平均溫差一般情況下,工程上常用熱損失系數(shù)4c來估算損失的熱量.4c通常取0.020.03.41_取用0.98.由上面的計(jì)算結(jié)果和條件代入下式可以得出煤油的傳熱量：QM1cpit1tlL(6)2.777782.435180400.98928.004kW式中Q表示傳熱量；M1表示煤油流量；加熱負(fù)荷修正系數(shù)由以上的計(jì)算結(jié)果及條件,可以計(jì)算出冷卻水量：M2Cp2t2t2式中M2代表冷卻水量;CP2代表水的比熱;928.00415.8807kgs4.1764026計(jì)算兩種流體的平均傳熱溫差時(shí)按單殼程,兩管程計(jì)算.按逆流設(shè)計(jì)換熱器:煤油180c40C從而,Gm,ctmaxtmi

11、ntmaxInt,min40C26C11t1WW,t1t2In1-t2t11804040,18040In402654.7211C268)溫差修正系數(shù)里取決于兩個(gè)無量綱參數(shù)P及R:%t1t240260.090909118026(9)式9中,t1t1t2t218040s104026(10)參數(shù)R具有兩種流體熱容量之比的物理意義.式10中參數(shù)P的分母表示換熱器中水理論上所能到達(dá)的最大升溫,因而P的值代表該換熱器中水的實(shí)際升溫與理論上所能到達(dá)的最大升溫之比.所以,R的值可以大于1或小于1,但P的值比小于1:1PR,1,1_PRR12P1R、.R21In2P1R,R21,_|n10.09090911.2

12、1n10.09090911010120.09090911101021In.20.09090911101021(11)0.829935式中甲表示溫度修正系數(shù).tmt1mc0.82993554.7211045041493-3(12)IIIIH,C式中At1m,c表示有效平均溫差.4.2.2 估算傳熱面積根據(jù)題意,初選傳熱系數(shù),傳熱系數(shù)的選擇依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表表3-3傳熱系數(shù)的選擇依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表熱交換器型式熱交換流體傳熱系數(shù)K,w/(m2'C)備注內(nèi)側(cè)外側(cè)氣氣1035常壓氣高壓氣1701602030Mpa高壓氣氣1704502030Mpa氣清水2070常壓管殼式光管高壓氣清水2007002030

13、Mpa清水清水10002000清水水蒸氣冷凝20004000高粘度液體清水100300液體層流高溫液體氣體30低粘度液體清水200450液體層流根據(jù)表3-3初選傳熱系數(shù)K0=240W/(m2.C)由以上的計(jì)算結(jié)果及條件可以估算出傳熱面積:QKotm928.00100024045.414985.1412m2(13)-_'一.一式中F表小估算的傳熱面積；K.表小初選傳熱系數(shù)；Am表小有效平均溫差；Q表示傳熱量.由于85.1412m,面積過大,所以需要兩臺(tái)換熱器,才能符合工業(yè)設(shè)計(jì)要求.實(shí)際的傳熱面積要考慮一定的裕度,此換熱器考慮的裕度為10%.那么一臺(tái)換熱器面積為51m20第五章管殼式換熱器

14、結(jié)構(gòu)計(jì)算5.1換熱管計(jì)算及排布方式管子構(gòu)成換熱器的傳熱面,它的材料應(yīng)根據(jù)工作壓力、溫度和流體腐蝕性、流體對(duì)材料的脆化作用及毒性等決定,可選用碳鋼、合金鋼、銅、石墨等.小直徑的管子可以承受更大的壓力,而且管壁較?。煌瑫r(shí),對(duì)于相同的殼徑,可排列較多的管子,因此單位體積的傳熱面積更大,單位傳熱面的金屬耗量更少.所喲,在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下,采用較小直徑的管子.如果管程走的是易結(jié)垢的流體,那么應(yīng)選用較大直徑管子.表4-1換熱管的規(guī)格及排列方式/mm換熱管外徑X壁厚排列形式管心距碳素鋼,低合金鋼不銹耐酸鋼25X2.525X2正三角形3219X219X225在此,選用25X2.5的碳

15、鋼管,采用無縫焊接工藝管程內(nèi)水流速可以在表4-2選用：表4-2熱交換器內(nèi)常用流速范圍m/s流體流體管程殼程循環(huán)水1.02.00.51.5新鮮水0.81.50.51.5低粘度油0.81.80.41.0高粘度油0.51.50.30.8氣體530215管程內(nèi)水的流速選用G02=1m/so由以上計(jì)算結(jié)果可以算出管程所需流通截面AM215.8807At0.01596m22996.2114)式中At表小管程流通面積；M2表小冷卻水量；但表小水的密度;Cl2表小管程內(nèi)水流速.根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和管程所需流通截面積,可以單程管數(shù):4A40.015965acen2-250.819251di3.141590.02(

16、15)式中At表示管程所需流通面積；di表示傳熱管的內(nèi)徑.管子在管板上的排列方式最常見的如圖4.1a、b、c、d所示四種,即正三角形排列排列角為30度、轉(zhuǎn)角三角形排列角為60度、轉(zhuǎn)角正方形排列排列角為45度、正方形排列排列角為90度.當(dāng)管程為多程時(shí),那么需要采取組合排列.設(shè)計(jì)的換熱器的管程為2,那么應(yīng)采取組合排列法,即每程均按正三角形排列,隔板兩側(cè)米用正方形排列(c)(d)圖4.1管子的排列方式根據(jù)表4-1選取正三角形排列為管子的排列方式.表4-3換熱管中央距換熱管外徑19202225303235s25262832384044lE38404244505256選取管中央距s=32mm,分程隔板槽

17、兩側(cè)相鄰管中央距Le=44mm由管中央距可以計(jì)算出平行于流向的管距以及垂直于流向的管距.平行于流向的管距:spscos3032-327.713mm2(16)垂直于流向的管距:sDssin30p321“一16mm2(17)由管子布置圖可知每程管子數(shù)為57根；由管子布置圖可以計(jì)算出管束中央至最外層管中央距為0.161m.管束外緣直徑：DL0.161220.01250.347m(18)傳熱管的總根數(shù):ntnZt512104(19)因換熱器是按單殼程,兩管程設(shè)計(jì)的,所以按兩管程計(jì)算,所需傳熱管的長度是:n乙d085.1412“5.88775m5120.025(20)式中d.表示管內(nèi)徑,d0=0.025

18、m；Zt=2表示兩管程.按標(biāo)準(zhǔn)管長6m.5.2殼體內(nèi)徑的估算殼體內(nèi)徑可以用下述公式粗估:)Ds(b1)s2b(21)b(1T.5)d0(22)b1.1.nt(23)當(dāng)管子按正三角形排列時(shí),可以按上述公式計(jì)算：Ds(1.1n1)s21.5d01.1(,?041)0.0321.50.0250.4508m(24)式中Ds表示殼體內(nèi)徑；nt表示傳熱管根數(shù)；s表示管中央距；d0傳熱管外徑.計(jì)算得到的內(nèi)徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸,根據(jù)鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)可確定：殼體內(nèi)徑=0.5m.目前所采用的換熱管長度與殼體直徑比,一般在425加之間：長徑比=_L絲12Ds0.5(25式中1表示傳熱管長度；Ds表示殼體內(nèi)徑.所以換熱

19、器的殼體內(nèi)徑和管子長度符合設(shè)計(jì)要求.5.3 進(jìn)出口連接管直徑的計(jì)算確定連接管直徑的根本公式仍可用連續(xù)性方程,經(jīng)簡化可以用以下公式：M215.8807D21.1321.13,142.78mmVV996.21(26)將(26)式結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑,取150X5.5.4 折流板流動(dòng)外,還有支撐管束、預(yù)防管束振動(dòng)和彎曲的作用.它的裝設(shè)不如縱向隔板那樣困難,而且裝設(shè)后可使流體橫向流過管束,故此獲得普遍應(yīng)用.折流板的常用形式有：弓形折流板、盤環(huán)形折流板兩種,弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種.在弓形折流板中,流體流動(dòng)中的死角較小,結(jié)構(gòu)也簡單,因而用的最多.而盤環(huán)形結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜,不便清洗,一般在

20、壓力較高和物料比擬清洗場合在此,換熱器設(shè)計(jì)中,折流板形式選弓形.弓形折流板的缺口和板間距的大小是影響傳熱效果和壓降的兩個(gè)重要因素.弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時(shí)與橫過管束時(shí)的流速接近,缺口大小是按切去的弓形弦高占?xì)んw內(nèi)徑百分?jǐn)?shù)確定的.缺口弦高一般為殼體內(nèi)徑的20%45%.為了防振并能夠承受拆換管子時(shí)的扭拉作用,折流板須有一定厚度,該值在GB-1999中具體規(guī)定見表4-4表4-4折流板和支持板的最小厚度mm公稱直徑換熱管無支撐跨距Dn<300>300600>600900折流板或支撐板最小厚度<400345400W700456折流板厚度取6mm0折流板的材料應(yīng)比管子軟

21、,較硬會(huì)磨損管子,導(dǎo)致管子破裂.假設(shè)材料過軟,那么使管子磨損折流板,將相鄰管子間局部磨損,形成穿有數(shù)根管子的大孔,使這些管子失去了這一位置的折流板支撐,引起自振頻率降低,從而使管子易振進(jìn)而損壞.故此,材料取用14Cr1MoRo折流板缺口弦高度：h0.25Ds0.250.50.125m,沙s(27)由折流板缺口弦高度和殼體內(nèi)徑可以計(jì)算出折流板的圓心角：折六班圓心角=120度.公稱直徑管長折流板間距言00<300010020030045060045006000一60080015006000150200300450600表4-5折流板間距/mm折流板間距?。簂s0.25m,折流板數(shù)目：l6“N

22、b-1123塊1s0.25(28)式中Nb表示折流板數(shù)目折流板上的管孔數(shù)為112個(gè),由國家標(biāo)準(zhǔn)可知,折流板上管孔直徑dH=0.0254m,折流板直徑Db=0.4955m.由管子排布圖可知：通過折流板上的管子數(shù)為99根,這流管缺口處管子數(shù)為18根.弓形折流板的缺口高度應(yīng)保證流體在缺口處的流通截面積與流體在兩折流板間錯(cuò)流的流通面積接近,以免因流動(dòng)速度變化引起壓降.中選好殼程流體流速后,就可以確定保證流速所需的流通截面積由上面的計(jì)算出的結(jié)果可以由下面的方程式求得折流板的缺口面積:_2-ADs12h、Avg-423)s1n942Ds2(1(29)20.50.03361m1220.125.sin0.53

23、式中Awg表小折流板缺口面積；Ds表小殼體外徑；8表小折流板圓心角錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù):1Ds2hDs2hDs2hFc2()sinarccos(-)2arccos(-)DlDlDl1,c/0.520.125、.0.520.125、,八,0.520.125、一2()sinarccos()2arccos()0.3470.3470.3470.764553(30)式中Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分比；Ds表示殼體外徑；Dl表示殼體內(nèi)徑；h表示缺口弦高度.缺口處管子所占面積：deAwtnt1Fc82(31)-10410.7645530.006818918式中d0表示傳熱管外徑；nt表示傳熱管

24、的總管子根數(shù)；Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù).流體在缺口處流通面積：AbAwqAwt0.03120.006818910.024389m2,g(32)式中Ab表示流體在缺口處流通面積；Awg表示折流板缺口面積；Awt表示缺口處管子所占面積.流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積：AclsDsDlDld0sd0s0.20.50.3470.3470.0250.0320.0250.03220.043567m(33)式中Ac表示兩折流板間錯(cuò)流流通截面積；Ds表示殼體內(nèi)徑；Dl表示管束外圓直徑；d0表示傳熱管外徑；s表示管中央距.殼程流通截面積：As,Ab-Ac0.0243890.0435670.03259

25、7m2(34)式中As表示殼程流通面積；Ab表示流體在缺口處流通面積；Ac表示流體在兩折流板問錯(cuò)流流通面積.殼程接管直徑:0.203726m式中Di表示殼程接管直徑；As表示殼程流通面積.將(37)式結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑,取?203X6.由管子布置圖,可以知道錯(cuò)流區(qū)一排管束：Nc=12根.每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)：h0.125Ncw0.80.83.608Sp0.0277(36)式中Ncw表示每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)；h表示缺口弦高度；Sp表示平行于流向的管距.在1-2管殼式換熱器設(shè)計(jì)中,可使旁通流道數(shù)為1,取旁通擋板數(shù)為3對(duì).錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)：1%(DsDl-NElE)ls

26、/A：(0.50.3470.510.044)0.2/0.0435670.722(37)式中Fbp表示錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)；Ds表示殼體內(nèi)徑；Dl表示管束外圓直徑；Ne表示旁流通道數(shù)；Ac表示流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積.一塊折流板上管子和管孔間泄面積：,1)Abd°dHd0-1Fcn20.0250.02540.0250.210.76455311420.0031598m(38)式中Atb表示一塊折流板上管子和管孔間泄面積；d.表示傳熱管外徑；dH表示折流板管孔直徑；Fc表示錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分?jǐn)?shù)；nt表示傳熱管總根數(shù).折流板外緣與殼體內(nèi)壁間泄面積：AsbDsDsDbarc

27、cos12h0.50.50.4955arccos120.112720.5(39)0.0024212m2式中Asb表小折流板外緣與殼體內(nèi)壁可泄面積；Ds表小殼體外徑；Db表小折流板直徑；h表示缺口弦高度.第六章?lián)Q熱系數(shù)的計(jì)算6.1 管程換熱系數(shù)管程的雷諾數(shù):1996.20.0226804.09(40)0.0007422式中Re2表示管程的雷諾數(shù)；碑表示管程內(nèi)水流速；伊表示水的密度；曲表示水的黏度；di表示傳熱管的內(nèi)徑.管程換熱系數(shù):20.023Re2°.8P/di0.66230.020.02326804.09°.84.677550.4(41)4924.03W；'(m2

28、*C)式中發(fā)表示管程換熱系數(shù)；泡表示水的導(dǎo)熱系數(shù)；di表示傳熱管內(nèi)徑；Re2表示管程的雷諾數(shù)；Pr2表示水的普朗特?cái)?shù).6.2 殼程換熱系數(shù)殼程雷諾數(shù):Re1Mdo1Ac2.777780.02540.00051520.04356731110.1359(42)式中Re1表示殼程雷諾數(shù)；M1表示煤油流量；d0表示傳熱管的外徑；Ac表示流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積.假定殼程流體全部錯(cuò)流流過管束,在此理想管束中純錯(cuò)流時(shí)的柯爾本傳熱因子,可由?熱交換器原理與設(shè)計(jì)?圖2.28查出：理想管束傳熱因子js=0.007o折流板缺口校正因子jc可由?熱交換器原理與設(shè)計(jì)?圖2.29查出：折流板缺口校正因子jc=10

29、.25.Asb0.00242120.00242120.0031597990.437243)0.00242120.00315979Ac0.0435670.154644)式中Asb表示折流板外緣與殼體內(nèi)壁間泄面積;Atb表塊折流板上管子與管孔間泄面積；Ac表示流體在兩折流板之間錯(cuò)流流通面積.折流板泄露影響的校正因子是等式43和44的函數(shù),可由?熱交換器原理與設(shè)計(jì)?圖2.30查取折流板泄露影響的校正因子ji=0.87o管束旁通影響的校正因子jb,它是Fbp和Nss/NcNss為每一錯(cuò)流區(qū)內(nèi)旁路擋板對(duì)數(shù),Nc為錯(cuò)流區(qū)內(nèi)管排數(shù)的函數(shù),可由可由?熱交換器原理與設(shè)計(jì)?圖2.31查取jb=0.94.殼程傳熱因

30、子:(45)j0jsjbjljc0.0070.940.871.10.006297式中j.表示殼程傳熱因子；jb表示管束旁通影響的校正因子；jl折流板泄露影響的校正因子；jc表示折流板缺口校正因子；js表示理想管束傳熱因子.殼程質(zhì)量流速：GsM12.777780.03259785.21468kg.m2s(46)式中Gs表示殼程質(zhì)量流速；M1表示煤油流量；As表示殼程流通截面積.假定殼側(cè)壁面溫度tw=55C.壁溫下的煤油黏度即1,查物性表31=0.001203Kg/nf*s.0.14w1殼側(cè)換熱系數(shù):j°GscpP,oo0.140.00629785.214682.43512.163123

31、0.00051250.000779(47)231.3831W/m2,C式中因表示殼側(cè)換熱系數(shù)；j.表示殼程傳熱因子；Gs表示殼程質(zhì)量流速；cp表示定性溫度下的煤油比熱；Pr表示定性溫度下的煤油普朗特常數(shù)；N表示定性溫度下的煤油黏度；網(wǎng)1表示定性壁溫下煤油的黏度.第七章需用傳熱面積表6-1水的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)m2*c/W加熱流體溫度W115C加熱流體溫度116205c水的種類水溫052C水溫53C水速w1m/s水速1m/s水速1m/s水速1m/s干凈的軟水0.000170.000170.000340.00034自來水0.000170.000170.000340.00034井水0.000170.0

32、00170.000340.00034表6-2煤油油品及溶液的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)itf*C/W種類污垢熱阻粗煤油0.00043成品煤油0.000170.00026換熱器設(shè)計(jì)中使用的冷卻水為自來水.由表6-1可知冷卻水的污垢熱阻rs2=0.00017m0.0250.000250.00034-0.02190.451W.m2C式中K表示校正傳熱系數(shù)；加表示殼側(cè)換熱系數(shù)；rs1表示成品煤油污垢熱阻;rs2表示冷卻水污垢熱阻；d.表示傳熱管外徑；di表示傳熱管內(nèi)徑.由以上計(jì)算結(jié)果,可以計(jì)算出傳熱面積：*C/Wo由表6-2,可選成品煤油的污垢熱阻rsi=0.00025C/W校正傳熱系數(shù):11d01d0一rs1

33、%2一1231.3831110.0254924.030.02(48)1di2di928.00190.45145.41492107.2921m式中Q表示傳熱量；K表示校正傳熱系數(shù)；Atm表示有效平均溫差"_一、F1074424(50)傳熱面積之比=1.0014F166.8752由等式50可知換熱器設(shè)計(jì)面積符合設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫：tm1tw1tm1Krs11110190.451136.65440.0001745.4149(51)70.4567C式中tw1表示檢驗(yàn)殼側(cè)壁溫；tm1表示煤油定性溫度；K表示校正傳熱系數(shù)；a1表示殼側(cè)換熱系數(shù)；rs1表示成品煤油污垢熱阻；Am表示有效平均溫差第

34、八章流動(dòng)阻力計(jì)算換熱器內(nèi)流動(dòng)阻力引起的壓降,是衡量運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要指標(biāo).如果壓降大,消耗的功率多,就需要配備功率較大的動(dòng)力設(shè)備來補(bǔ)償因壓力降低所消耗的能量.由流體力學(xué)可知,產(chǎn)生流動(dòng)阻力的原因與影響因素可歸納為：流體具有黏性,流動(dòng)時(shí)存在著內(nèi)摩擦,是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根源；固定的管壁或其他形狀的固體壁面,促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生提供了條件.所以流動(dòng)阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動(dòng)狀況及壁面的形狀等因素有關(guān).換熱器中的流動(dòng)阻力可分為兩局部,即流體與壁面間的摩擦阻力；流體在流動(dòng)過程中,由于方向改變或速度忽然改變所產(chǎn)生的局部阻力.管殼式換熱器的管程阻力和殼程阻力必須分別計(jì)算

35、,由于阻力單位可表示為壓力的單位,故一般用壓降A(chǔ)P表示.管殼式換熱器允許的壓降如表2-10所示.表7-1管殼式換熱器允許的壓降范圍換熱器的操作壓力Pa允許的壓降PaP<105絕對(duì)壓力AP=0.1PP=0105表壓AP=0.5PP>105表壓AP<5X1048.1管程阻力計(jì)算管殼式換熱器管程阻力包括沿程阻力、回彎阻力和進(jìn)出口連接阻力等三局部組成,因而PtPPrPn式中APt表示管程總阻力；出表示沿程阻力；AR表示回彎阻力；APN表示進(jìn)出口連接管阻力.沿程阻力:L20.142/w2P4上馬di21240.0065-0.0211431.96323Pa996.2120.14-0.00

36、07422.0.0006533(53)式中fi表示管內(nèi)摩擦因子;L表示管程總長；di表示傳熱管內(nèi)徑；區(qū)表示水的密度；CC2表小管程內(nèi)水流速度；陛表小冷卻水黏度；叫2表小壁溫下的水黏度回彎阻力:222996.212Pr4Zt41143978.8Pa22(54)式中能表示水的密度；必表示管程內(nèi)水流速度；Zt表示傳熱管的總根數(shù).進(jìn)出口連接管阻力：2222996.21Pn1.5-1.5747.15Pa22(55)式中能表示水的密度；成表示管程內(nèi)水流速度管程總阻力:PN11431.963233978.8747.1516156.79Pa(56)8.2克程阻力計(jì)算對(duì)于相同的雷諾數(shù),殼程摩擦系數(shù)大于管程摩擦系數(shù),由于流過管束的流動(dòng)有加速、方向變化等.但殼程的壓降不一定大,因壓降與流速、水力直徑、折流板數(shù)、流體密度等有關(guān),因此在相同的雷諾數(shù)時(shí)殼程壓降有可能壁管程低.查?熱交換器原理與設(shè)計(jì)?圖2.36可知理想管束摩擦系數(shù).理想管束錯(cuò)流段阻力：2MiNc0.142A21w140.132_2.77778520.04656727580.00051250.0007790.14(57)11.8232Pa式中APbk表示理想管束錯(cuò)流段阻力；fk表示理想管束摩擦系數(shù)；M1表示煤油